DE10317385B4

DE10317385B4 - Supraleitender Strahlungsdetektor

Info

Publication number: DE10317385B4
Application number: DE10317385A
Authority: DE
Inventors: Keiichi Tanaka; Toshimitsu Morooka
Original assignee: SII NanoTechnology Inc
Current assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: DE10317385A1; JP4080778B2; JP2003315459A; US20040030505A1; US6907359B2

Abstract

Kalorimeter (1) mit einem Absorber (5) zur Absorption von Röntgenstrahlen, einem aus einem Supraleiter gebildeten und unter dem Absorber (5) angeordneten Widerstand (4), dessen Widerstandswert durch die im Absorber (5) erzeugte Wärme geändert wird, supraleitenden, den Widerstand (4) und einen externen Stromdetektor verbindenden Leitern (6) und einer Membran (3), der der Widerstand (4) überlagert ist, wobei das Kalorimeter (1) den thermischen Ausgleich der durch einen ständig im Widerstand (4) fließenden Strom erzeugten Joule-Wärme und der im Absorber (5) erzeugten Wärme sowie deren Übertragung in die Membran (3) ermöglicht, bei dem ein Isolierfilm (7) mit einem vom Widerstand (4) zum Absorber (5) durchgehenden Loch (8) zwischen dem Widerstand (4) und dem Absorber (5) vorgesehen ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Anwendungsgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen supraleitenden Strahlungsdetektor mit hoher Energieauflösung und hoher Zählrate, der die Steilheit der supraleitenden Übergangsflanke, die Wandlung der von einem Röntgenstrahl erzeugten geringen Wärme zu einem hohen Signalstrom und einen elektrothermischen Selbstrückkopplungsmechanismus verwendet.
2. Beschreibung der zugehörigen Technik
Mikrokalorimeter, die eine supraleitende Übergangsflanke verwenden und eine höhere Energieauflösung und hoher Zählrate (im Folgenden als ”Mikrokalorimeter” bezeichnet) als Detektoren mit Halbleitern gemäß dem Stand der Technik haben, die zur Analyse von Elementen oder zur Prüfung auf Fremdmaterialien eingesetzt werden, gewinnen zunehmend an Aufmerksamkeit. Energiedispersive Spektroskope (EDS) sind als dem Stand der Technik entsprechende Halbleiter verwendende Detektoren bekannt und können für einen weiten Energiebereich die Analyse von Elementen rasch durchführen. Da jedoch die Energieauflösung von der Energielücke eines Halbleiters abhängt, kann sie nicht unter 100 eV betragen. Ein Mikrokalorimeter als Detektor mit sowohl verbesserter Energieauflösung als auch hoher Zählrate wird angestrebt. Bei einem Mikrokalorimeter wird die Temperatur im Bereich des supraleitenden Übergangs eingestellt, eine konstante Spannung wird gesteuert und somit funktioniert ein elektrothermischer Selbstrückkopplungsmechanismus, um eine hohe Energieauflösung und eine hohe Zählrate zu erzielen. Einzelheiten über Mikrokalorimeter werden von K. D. Irwin in Applied Physics Letters 66, 1988 (1995) beschrieben. Eine supraleitende Übergangstemperatur ist die Übergangstemperatur von einem normalen leitfähigen Zustand in einen supraleitfähigen Zustand eines Materials. Der durch Ausbilden eines Dünnfilms als einem normalen Leiter auf einem Supraleiter entstehende Nachbarschaftseffekt verschiebt sich die supraleitenden Übergangstemperatur zur Seite der niedrigeren Temperatur im Vergleich zu der einer einzigen Schicht. Das Filmdickenverhältnis zwischen dem Halbleiter und dem normalen Leiter bestimmt den Betrag der Temperaturverschiebung. Falls das Mikrokalorimeter eine aus einem Supraleiter und einem normalen Leiter bestehende zweilagige Struktur hat, diffundieren durch die Strahlungsabsorption erzeugte heiße Elektronen größtenteils in den normalen Leiter. Die Diffusion von Elektronen sollte so rasch wie möglich erfolgen; eine kürzere Diffusionszeit verlängert die Dauer des Temperaturanstiegs des Kalorimeters. Dementsprechend wird die Variation der Spitzenwerte der Wellenformen von Signalimpulsen bewirkt. Insbesondere das Phänomen, dass die Diffusionszeit der Elektronen umso kürzer ist je dünner der Film ist, wird als Dünnfilmeffekt bezeichnet.
Bekannte Kalorimeter bzw. Strahlungsdetektoren sind in US 5,634,718 A und JP 06 029 585 A beschrieben.
Bei einem Kalorimeter wird ein Absorber auf einem Widerstand vorgesehen und darum muss die Fläche des Widerstands größer sein als die des Absorbers. Um den Wirkungsgrad der Absorption von Röntgenstrahlen zu verbessern, muss der Absorber dick oder seine Fläche groß sein. Deshalb kann die Fläche des Widerstands nicht kleiner als die des Absorbers sein.
Falls es sich beim Absorber um einen normalen Leiter handelt, geht ein Teil des Widerstands unter dem Absorber aufgrund des Nachbarschaftseffektes in den normalen leitfähigen Zustand über und die supraleitende Übergangstemperatur wird von einem Teil des Widerstands auf der dem Absorber gegenüberliegenden Seite bestimmt. Ist die Größe des Widerstands fest, ist die Übergangstemperatur eines Kalorimeters mit einem Absorber niedriger als die eines Kalorimeters ohne Absorber, was außerdem ein Problem der großen Übergangsbreite verursacht. Eine große Übergangsbreite verschlechtert die Energieauflösung und die Zählrate des Kalorimeters.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein Kalorimeter mit weder einer Flächenverringerung des Absorbers noch einer Verschlechterung der Breite einer supraleitenden Übergangstemperatur bereit.
Bei einem erfindungsgemäßen Kalorimeter mit einem Röntgenstrahlen absorbierenden und Wärme erzeugenden Absorber, einem Widerstand, dem der den Widerstandswert durch die vom Absorber erzeugte Wärme ändernde Absorber überlagert ist, supraleitenden den Widerstand und einen externen Stromdetektor verbindenden Leitern und einer Membran, der der Widerstand überlagert ist, wobei der Widerstand aus einem Supraleiter gebildet wird, und eine von einem ständig im Widerstand fließenden Strom erzeugte Joule-Wärme und eine im Absorber erzeugte Joule-Wärme thermisch ausgeglichen und in die Membran übertragen werden, ist ein Isolierfilm mit einem in Dickenrichtung (Richtung vom Widerstand zum Absorber) durchgehenden Loch zwischen dem Widerstand und dem Absorber vorgesehen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine Schnittansicht eines Kalorimeters gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
1B ist eine Draufsicht des Kalorimeters gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
2A ist eine Schnittansicht eines Kalorimeters gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
2B ist eine Draufsicht des Kalorimeters gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Um ein Kalorimeter ohne Flächenverringerung des Absorbers oder Verschlechterung der Breite einer supraleitenden Übergangstemperatur zu verwirklichen, ist bei einem erfindungsgemäßen Kalorimeter mit einem Röntgenstrahlen absorbierenden und Wärme erzeugenden Absorber, einem Widerstand, dem der den Widerstandswert durch die vom Absorber erzeugte Wärme ändernde Absorber überlagert ist, supraleitenden den Widerstand und einen externen Stromdetektor verbindenden Leitern und einer Membran, der der Widerstand überlagert ist, wobei der Widerstand aus einem Supraleiter gebildet wird, und eine von einem ständig im Widerstand fließenden Strom erzeugte Joule-Wärme und eine im Absorber erzeugte Joule-Wärme thermisch ausgeglichen und in die Membran übertragen werden, ein Isolierfilm zwischen dem Widerstand und dem Absorber vorgesehen. Insbesondere dann, wenn ein einziges Durchgangsloch durch den Isolierfilm in Dickenrichtung des Films vorgesehen ist, ist das Loch so angeordnet, dass es parallel zur Richtung eines Vormagnetisierungsstroms verläuft, und die Querschnittsform der Richtung des Durchmessers des Durchgangslochs ist ein Rechteck, dessen Seiten parallel zur Stromrichtung die langen Seiten sind. Werden eine Mehrzahl Durchgangslöcher durch den Isolierfilm in seiner Dickenrichtung vorgesehen, werden die Löcher so angeordnet, dass zumindest zwei von ihnen parallel zur Stromrichtung verlaufen. In dem Fall, in dem der Absorber ein normaler Leiter mit hinreichender Dicke ist, werden vom Widerstand ausreichend weit entfernte Positionen (größer als die Kohärenzlänge) vom Widerstand nicht beeinflusst, so dass sich heiße Elektronen frei bewegen können. Vom Absorber erzeugte heiße Elektronen diffundieren in den Absorber und wandern durch die vorgesehenen Löcher zum Widerstand. Die Geschwindigkeit, mit der sich die heißen Elektronen im gesamten Kalorimeter ausbreiten, wird also durch den Diffusionskoeffizienten des Absorbers und den mittleren freien Hub bestimmt. Im Fall von Gold mit einer Größe von 300 μm × 300 μm beispielsweise können die heißen Elektronen in 1 μs eindiffundieren. Eine Zeit von 1 μs ist im Vergleich zur Zeitkonstanten eines Kalorimeters (z. B. 100 μs) kurz genug. Dementsprechend werden die Spitzenwerte der Wellenformen der Impulse eindeutig bestimmt, ungeachtet wo im Absorber Röntgenstrahlen absorbiert werden, so dass auch keine Positionsabhängigkeit der Impulse gegeben ist, was eine Verschlechterung der Energieauflösung verhindert.
Da außerdem der Strom im Absorber durch die beiden parallel zur Stromrichtung angeordneten Durchgangslöcher fließt, wird der Widerstandswert des Kalorimeters praktisch durch den Widerstandswert des Absorbers bestimmt. Falls der Widerstandswert kleiner und der fließende Strom konstant ist, nimmt die vom Strom erzeugte Joule-Wärme ab, wodurch der thermische Leitwert der Membran abnimmt. Damit wird der Rauschabstand größer, was eine Verbesserung der Energieauflösung gestattet.
Der Isolierfilm wird zwischen dem Absorber und dem Widerstand angeordnet, so dass die Supraleitfähigkeit eines Teils des Widerstands unter dem Isolierfilm durch den Nachbarschaftseffekt nicht beeinträchtigt wird. Selbst dann, wenn die Absorber- und Widerstandsfläche fast oder ganz identisch sind, wird die Supraleitfähigkeit des Widerstands mit Ausnahme des Teils, wo sich der Widerstand und der Absorber berühren, aufrechterhalten. Folglich wird durch eine Verkleinerung der Berührungsfläche zwischen Widerstand und Absorber der Abfall der supraleitenden Übergangstemperatur verhindert und die Übergangsbreite verschmälert, wodurch eine Verbesserung der Energieauflösung und der Zählrate erzielt wird.
Im Fall von vier Durchgangslöchern werden zwei Durchgangslöcher parallel zur Stromrichtung und die beiden anderen senkrecht im Kalorimeter angeordnet.
Die vom Absorber durch Absorption von Röntgenstrahlen erzeugten heißen Elektronen diffundieren isotrop in den Absorber. Um die Temperatur des Widerstands gleichmäßig anzuheben, ist es erforderlich, dass die in den Absorber eindiffundierten heißen Elektronen den Widerstand so rasch wie möglich erreichen und gleichmäßig in den Widerstand eindiffundieren. Zwei Löcher sind parallel zum Strom, die beiden anderen Löcher senkrecht angeordnet, und so können die Elektronen rasch ins Innere des Widerstands gelangen, ungeachtet wo im Innern des Absorbers die heißen Elektronen erzeugt werden. Da es die Elektronen sind, die Wärme im Widerstand übertragen, diffundieren die im Absorber erzeugten Elektronen im Innern des Widerstands, um die Temperatur des Kalorimeters gleichmäßig und rasch zu erhöhen.
Somit werden die Spitzenwerte der Impulswellenformen eindeutig bestimmt, ungeachtet wo im Absorber Röntgenstrahlen absorbiert werden, und somit besteht keine Positionsabhängigkeit der Impulse, was eine Verschlechterung der Energieauflösung verhindert.
Ein Material, das nicht durch Fluorwasserstoff geätzt werden kann, wird als Isolierfilm des Kalorimeters verwendet. Falls z. B. ein Material, das durch Fluorwasserstoff geätzt werden kann, als eines der Kalorimetermaterialien verwendet wird, wird das Ätzen von Titan durch Fluorwasserstoff in einer Verfahrensstufe verhindert, da der Isolierfilm als Schutzfilm wirkt. Insbesondere Tantalpentoxid ist beständig gegen Fluorwasserstoff und lässt sich durch Sputtern leicht zu einem Film ausbilden.
Somit kann als Material für den Widerstand des Kalorimeters ein Material verwendet werden, das durch Fluorwasserstoff geätzt werden kann, wodurch für das Kalorimeter praktisch keine Einschränkungen hinsichtlich des Widerstandsmaterials bestehen.
Erste Ausführungsform
1A und 1B sind schematische Diagramme eines Kalorimeters gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, das mit einem Isolierfilm 7 zwischen einem Widerstand 4 und einem Absorber 5 versehen ist. 1B ist eine Draufsicht und 1A ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A' in 1B. Der Absorber 5 für die Absorption von Röntgenstrahlen ist dem Widerstand 4 überlagert, dessen Widerstandswert durch die vom Absorber erzeugte Wärme geändert wird. Der Widerstand 4 ist über supraleitende Leiter 6 mit einem externen Stromdetektor verbunden. Der Widerstand 4 ist über einer Membran 3 angeordnet. Der Widerstand 4 wird von einem Supraleiter gebildet und eine von einem ständig im Widerstand 4 fließenden Strom erzeugte Joule-Wärme und eine vom Absorber 5 erzeugte Joule-Wärme werden thermisch ausgeglichen und in die Membran übertragen.
Im Kalorimeter 1 ist die Membran 3 auf einer Platine 2 angeordnet und der Widerstand 4, der Absorber 5 sowie die supraleitenden Leiter 6 sind über der Membran 3 angeordnet. Der Isolierfilm 7 ist zwischen dem Widerstand 4 und dem Absorber 5 vorgesehen. Die Membran 3 dient zur Steuerung des Wärmestroms der vom Widerstand 4 erzeugten Wärme, der zur Platine 2 fließt. Die vom Widerstand 4 erzeugte Wärme ist gering und der für die Membran erforderliche thermische Leitwert ist beispielsweise nicht höher als 20 nW/K. Als Membran 3 wird ein Dünnfilm aus Siliziumnitrid mit einer Dicke von z. B. max. 1 μm verwendet. Um das Kalorimeter 1 z. B. bei 400 mK betreiben zu können, muss der Widerstand 4 eine zweilagige Struktur aus Au (30–40 nm) und Ti (60–100 nm) haben. Obwohl die Übergangstemperatur eines Ti-Dünnfilms ca. 600 mK beträgt, kann sie durch den Nachbarschaftseffekt aufgrund der zweilagigen Struktur auf 400 mK abgesenkt werden. Der Absorber 5 besteht vorzugsweise aus einem Material mit niedriger Widerstandsrate, z. B. Gold oder Kupfer, so dass durch die Absorption von Röntgenstrahlen erzeugte heiße Elektronen rasch eindiffundieren. Der Isolierfilm 7 dient zur Beschränkung der Elektronenbewegung zwischen dem Widerstand 4 und dem Absorber 5 und ein für die Supraleitfähigkeit typisches Cooper-Paar des von einem Supraleiter gebildeten Widerstand 4 kann das Eindringen von Elektronen in den Absorber einschränken. Um den Widerstand 4 und den Absorber 5 teilweise elektrisch zu verbinden, ist ein Durchgangsloch 8 durch den Isolierfilm 7 in dessen Dickenrichtung vorgesehen. Falls der Absorber 5 hinreichend dick ist befindet sich ein mit dem Absorber 5 in Berührung stehender Teil des Widerstands 4 aufgrund des Nachbarschaftseffekts ständig im normalen leitfähigen Zustand. Das heißt, dass der mit dem Absorber 5 in Berührung stehende Teil des Widerstands 4 im normalen leitfähigen Zustand gehalten wird, obwohl der Teil des Widerstands 4 unter dem Isolierfilm 7 bei 400 mK in einen supraleitenden Zustand übergeht.
Als Material für den Isolierfilm 7 kann beispielsweise Tantalpentoxid verwendet werden. Das für den Widerstand 4 verwendete Titan kann durch Fluorwasserstoff geätzt werden und folglich wird ein durch Fluorwasserstoff nicht ätzbares Material für den Isolierfilm 7 bevorzugt. Tantalpentoxid ist ein Material, das nicht geätzt werden kann.
Nachstehend wird die Funktionsweise des Kalorimeters 1 beschrieben. Das Kalorimeter 1 wird von einer konstanten Spannung gesteuert und eine Joule-Wärme wird von dem im Widerstand 1 fließenden Strom erzeugt. Die Joule-Wärme wird in einem thermischen Gleichgewichtszustand mit der durch die Membran 3 nach außen gehenden Wärme gehalten. Gelangt die durch Röntgenstrahlen oder dgl. erzeugte Wärme im thermischen Gleichgewichtszustand in das Kalorimeter 1, steigt der Widerstandswert an und das Kalorimeter 1 geht in einen thermischen Ungleichgewichtszustand. Da das Kalorimeter 1 ständig unter dem Zustand der konstanten Spannung ist, erzeugt eine Änderung des Widerstandswertes einen Stromimpuls, und die Energie der Röntgenstrahlen kann durch Messen des Spitzenwertes der Wellenform des Stromimpulses erhalten werden. Das in den thermischen Ungleichgewichtszustand gegangene Kalorimeter 1 geht durch seine thermische Rückkopplungsfunktion in den thermischen Gleichgewichtszustand wie zuvor zurück. Falls ein Loch parallel zur Stromrichtung vorgesehen ist wie in 1A und 1B dargestellt und sich der Widerstand 4 im normal leitenden Zustand befindet, fließt der Strom nicht im Widerstand 4, sondern im Absorber 5, da der Absorber 5 aus einem Material wie Gold oder Kupfer einen geringeren Widerstandswert als der Widerstand 4 hat. Indem der Widerstandswert des Kalorimeters 1 und der thermische Leitwert der Membran 3 niedrig gemacht werden, kann der in den Widerstand 4 fließende Strom verringert werden. Wird der im Widerstand 4 fließende Strom auf diese Weise verringert, kann die im Kalorimeter 1 erzeugte Joule-Wärme verringert werden. Das Kalorimeter 1 wird mit einem Kühler betrieben, der aber eine begrenzte Kühlleistung hat. Deshalb wird die Joule-Wärme des Kalorimeters 1 verringert, damit die Kühlleistung des Kühlers nicht überfordert wird. Werden die Joule-Wärme und Röntgenstrahlen vom Absorber 5 absorbiert, werden die Elektronen in der Nachbarschaft der Fermi-Oberfläche des Absorbers 5 angeregt und heiße Elektronen erzeugt. Da es sich beim Absorber 5 um einen normalen Leiter handelt, diffundieren die heißen Elektronen als freie Elektronen in den Absorber 5. Hat der Absorber 5 eine Größe von 300 μm × 300 μm, dauert die Diffusion weniger als 1 μs. Die heißen Elektronen diffundieren durch das Loch in den Widerstand 4. Die heißen Elektronen diffundieren im Widerstand 4 unter den Isolierfilm 7 und dadurch steigt die Temperatur des Widerstands 4 schließlich gleichmäßig.
Des Weiteren ist die Wärmekapazität des Kalorimeters 1 für höhere Spitzenwerte der Wellenformen der Impulssignale zu verringern. Die Zeitkonstante eines Impulssignals ist gegeben als (Wärmekapazität C)/(thermischer Leitwert G). Da wie oben beschrieben der thermische Leitwert so niedrig wie möglich sein sollte, sollte die Wärmekapazität für eine kleine Zeitkonstante niedrig sein. In dem Fall, in dem die Wärmekapazität des Kalorimeters 1 hauptsächlich durch die Wärmekapazität des Widerstands 4 bestimmt wird, sollte das Volumen oder die Übergangstemperatur des Widerstands 4 klein bzw. niedrig sein. Wenn die Übergangstemperatur beispielsweise auf 400 mK festgelegt ist, sollte das Volumen verringert werden, um eine niedrige Wärmekapazität zu erhalten. Die Dicke des Widerstand 4 wird durch die Dicke des ihn bildenden Materials, beispielsweise eine zweilagige Struktur aus Au (30–40 nm) und Ti (60–100 nm) bei der supraleitenden Übergangstemperatur bestimmt. Die Fläche des Widerstands 4 sollte deshalb klein sein, um sein Volumen zu verringern. Bei einer Struktur gemäß dem Stand der Technik muss der Widerstand 4 größer als der Absorber 5 sein, um eine supraleitende Zone sicherzustellen. Da bei der vorliegenden Struktur die Supraleitfähigkeit des Widerstands 4 unter dem Absorber 5 durch den Isolierfilm 7 sichergestellt ist, kann der Absorber 5 so groß wie der Widerstand 4 sein. Die Fläche des Widerstands 4 kann also kleiner als die der Struktur gemäß dem Stand der Technik sein, womit eine Verbesserung der Energieauflösung erzielt wird.
Die Steilheit des Gradienten der supraleitenden Übergangstemperatur beim Übergang vom normalen leitenden Zustand in den supraleitenden Zustand hängt von der Berührungsfläche zwischen dem Widerstand 4 und dem Absorber 5 ab. Bei größer werdender Berührungsfläche verschiebt sich die Übergangstemperatur zur Seite der niedrigeren Temperatur und die Steilheit wird gemildert. Unter Steilheit ist der Steilheitsgrad des Änderungsbetrags des Widerstandswertes pro Temperatureinheit zu verstehen. Falls sich wie bei der Erfindung ein Isolierfilm 7 zwischen dem Widerstand 4 und dem Absorber 5 befindet, wird durch das Loch 8 durch den Isolierfilm 7 nur an einem eine elektrische Verbindung erfordernden Teil die Berührungsfläche zwischen dem Widerstand 4 und dem Absorber 5 verringert und eine Einschränkung in der Absenkung der Übergangstemperatur sowie die Aufrechterhaltung die Steilheit werden erzielt.
Zweite Ausführungsform
2B ist ein schematisches Diagramm eines Kalorimeters gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, das mit vier Löchern versehen ist, wobei zwei parallel zur Stromrichtung und die beiden anderen senkrecht angeordnet sind. 2A ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A' in 2B.
Von einem Absorber 5 durch Absorption von Röntgenstrahlen erzeugte heiße Elektronen diffundieren isotrop in den Absorber. Um die Temperatur eines Widerstands 4 gleichmäßig anzuheben, ist es erforderlich, dass die in den Absorber 5 eindiffundierten heißen Elektronen den Widerstand 4 so rasch wie möglich erreichen und gleichmäßig in den Widerstand 4 eindiffundieren. Zwei der vier Löcher 8 sind parallel zum Strom, die beiden anderen senkrecht angeordnet, und deshalb können die Elektronen rasch ins Innere des Widerstands 4 gelangen, ungeachtet wo im Innern des Absorbers die heißen Elektronen erzeugt werden. Da es die Elektronen sind, die hauptsächlich Wärme im Widerstand 4 übertragen, diffundieren die im Absorber 5 erzeugten Elektronen in den Widerstand 4, wodurch die Temperatur des Kalorimeters 1 gleichmäßig und rasch erhöht wird.
Somit werden die Spitzenwerte der Impulswellenformen eindeutig bestimmt, ungeachtet wo im Absorber Röntgenstrahlen absorbiert werden, und somit besteht keine Positionsabhängigkeit der Impulse, was eine Verschlechterung der Energieauflösung verhindert.
Wirkungen der Erfindung

(1) Wie oben beschrieben diffundieren aufgrund der Verwendung eines Isolierfilms mit einem Durchgangsloch durch Absorption von Röntgenstrahlen durch einen Absorber erzeugte heiße Elektronen rasch und gleichmäßig in den Absorber und können die Temperatur eines Widerstands durch das Loch erhöhen und die Schwankung der Spitzenwerte der Wellenformen der im Widerstand erzeugten Stromimpulse beschränken. Außerdem ist der Isolierfilm zwischen dem Absorber und dem Widerstand vorgesehen, wodurch die Supraleitfähigkeit des Widerstands unter dem Isolierfilm selbst dann aufrechterhalten wird, wenn der Absorber und der Widerstand tatsächlich die gleiche Größe haben. Die Erfindung stellt also ein Kalorimeter bereit, das die Schwankungen der Spitzenwerte der Stromwellenformen besser beschränken kann und eine höhere Energieauflösung hat als ein dem Stand der Technik entsprechendes Kalorimeter.
(2) Wenn eine Mehrzahl der oben beschriebenen Durchgangslöcher vorgesehen ist, werden mindestens zwei Löcher parallel zur Stromrichtung angeordnet, wobei der meiste Strom im Kalorimeter im Widerstand fließt. Für den Fall, dass der Absorber ein dicker Metallkörper ist, ist deshalb der Widerstandswert des Absorbers besonders niedrig, so dass der Widerstandswert des Kalorimeters gesenkt wird. Durch einen niedrigen Widerstandswert des Kalorimeters und einen niedrigen fließenden Strom kann die im Kalorimeter erzeugte Joule-Wärme verringert werden. Die geringe Joule-Wärme bewirkt eine nahezu gleichmäßige Temperaturverteilung im Innern des Kalorimeters. Die gleichmäßige Temperaturverteilung verringert die Temperaturschwankung im Kalorimeter und die Energieauflösung des Kalorimeters wird verbessert.
(3) In dem Fall, in dem vier Löcher so vorgesehen sind, dass zwei davon parallel zum Strom und die beiden anderen senkrecht angeordnet sind, können durch die Absorption von Röntgenstrahlen erzeugte heiße Elektronen den Widerstand durch die Löcher gleichmäßig erwärmen und die Schwankung der Spitzenwerte der im Widerstand erzeugten Stromimpulse einschränken. Damit kann ein Kalorimeter mit hoher Energieauflösung bereitgestellt werden.
(4) In dem Fall, in dem der Isolierfilm aus einem Material besteht, das durch Fluorwasserstoff nicht geätzt werden kann, wenn das das Kalorimeter bildende Material mit Fluorwasserstoff geätzt wird, ist ein erheblicher Teil des Kalorimeters gegen Ätzen durch Fluorwasserstoff geschützt, wodurch es möglich ist, das Kalorimeter in einem Prozess stabil zu halten. Insbesondere Tantalpentoxid kann auf einfache Weise durch Sputtern bei Raumtemperatur zu einem Film ausgeformt werden, was den Prozess vereinfacht.

Claims

Kalorimeter (1) mit einem Absorber (5) zur Absorption von Röntgenstrahlen, einem aus einem Supraleiter gebildeten und unter dem Absorber (5) angeordneten Widerstand (4), dessen Widerstandswert durch die im Absorber (5) erzeugte Wärme geändert wird, supraleitenden, den Widerstand (4) und einen externen Stromdetektor verbindenden Leitern (6) und einer Membran (3), der der Widerstand (4) überlagert ist, wobei das Kalorimeter (1) den thermischen Ausgleich der durch einen ständig im Widerstand (4) fließenden Strom erzeugten Joule-Wärme und der im Absorber (5) erzeugten Wärme sowie deren Übertragung in die Membran (3) ermöglicht, bei dem ein Isolierfilm (7) mit einem vom Widerstand (4) zum Absorber (5) durchgehenden Loch (8) zwischen dem Widerstand (4) und dem Absorber (5) vorgesehen ist.
Kalorimeter (1) nach Anspruch 1, bei dem eine Mehrzahl Löcher (8) vorgesehen ist, und mindestens zwei der Löcher (8) parallel zur Stromrichtung angeordnet sind.
Kalorimeter (1) nach Anspruch 1, bei dem vier der Löcher (8) vorgesehen sind, wobei zwei der Löcher (8) parallel zur Stromrichtung und die beiden anderen senkrecht angeordnet sind.
Kalorimeter (1) nach Anspruch 1, bei dem der Isolierfilm (7) aus einem Material besteht, das nicht durch Fluorkohlenwasserstoff geätzt werden kann.
Kalorimeter (1) nach Anspruch 1, bei dem der Isolierfilm (7) aus Tantalpentoxid besteht.